DE4311620A1 - Zweitaktmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, der zum Antrieb von Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt werden kann.

Bekannt sind schlitzgesteuerte Zweitaktmotoren mit drei be­ wegten Teilen (Kurbelwelle, Pleuel, Kolben). Moderne Zweitakt­ motoren haben ein kompliziertes Überströmkanalsystem, Ladungs­ wechselzusatzeinrichtungen, wie Drehschieber- und Membranein­ laßsteuerung sowie Auslaßsteuerung. Die Gemischbildung erfolgt in der Regel durch Vergaser, seltener mit Einspritzanlagen.

Im Rennsport gab es Zweitaktmotoren, bei denen der Spüldruck durch Lade- oder Spülpumpen erhöht wurde. Diese Motoren er­ reichten für den damaligen Stand der Technik erstaunliche Leistungen. Nicht nur wegen des größeren Fertigungsaufwandes, sondern vor allem durch Änderung des Rennsportreglementes ver­ schwanden diese Motoren wieder.

Weiterhin gibt es Zweitaktdieselmotoren, die als Schiffs­ motoren und teilweise in großen Lkw′s eingesetzt werden. Vielfach werden diese Motoren aufgeladen, um den Spüldruck zu erhöhen.

Auf Grund problematischer Gaswechselvorgänge haben Zweitakt­ motoren einen hohen Kraftstoffverbrauch und Schadstoffaus­ stoß. Relativ geringe Füllungsgrade des Brennraumes gestatten zudem keine höhere Leistungsausbeute.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Spüldruck in Zweitaktmotoren zu erhöhen, um den Gaswechselvorgang zu ver­ bessern und den Füllungsgrad des Zylinders zu erhöhen, ohne dabei Zusatzaggregate zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale das Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 dargelegt.

Die wesentlichen Teile werden nachfolgend beschrieben.

Der Kolben besteht aus einem Oberteil, das durch mindestens eine Verbindungsstange mit einem Unterteil verbunden ist.

Das Oberteil gleicht einem bekannten Zweitaktkolben und be­ steht aus Kolbenboden und Kolbenmantel mit Kolbenringen. Es erfüllt auch die gleichen Funktionen, wie Verdichten, Öffnen und Schließen der Auslaß- und Überströmkanäle, Abdichten des Auslaßkanals zum Vorverdichtungsraum und Ansaugen sowie Vor­ verdichten.

Mindestens eine am Kolbenboden angebrachte Verbindungsstange verbindet dieses Oberteil mit einem scheibenförmigen Unterteil. Es dient zum Ansaugen und Vorverdichten im mittlerem und unterem Raum. An diesem Unterteil wird auch das Pleuel der Kurbelwelle gelagert.

Das Trennteil ist so geformt und angebracht, daß seine Ober­ seite den Innenraum des Kolbenoberteils ausfüllt, wenn dieser auf dem oberem Totpunkt steht. Befindet sich der Kolben auf dem oberem Totpunkt, schließt die Unterseite des Trennteils mit dem Kolbenunterteil ab.

Die Überströmkanäle sind mit den Ausströmkanälen der einzelnen Ansaug- bzw. Vorverdichtungsräume verbunden und münden in die Arbeitsräume der Zylinder. Dabei drücken der obere und untere Raum eines Zylinders gleichzeitig mit dem mittlerem Raum des anderen Zylinders ihr vorverdichtetes Gas durch die Überström­ kanäle in den Arbeitsraum des Zylinders. Die Überströmkanäle können miteinander verbunden sein. Die an einem Vorverdichtungs­ raum angeschlossenen Überströmkanäle können aber auch direkt, ohne Verbund mit anderen Überströmkanälen, in den Arbeitsraum des Zylinders münden. Das würde z. B. unterschiedliche Über­ strömsteuerzeiten für jeden Vorverdichtungsraum ermöglichen.

Sowohl Einström- als auch Ausströmmembran entsprechen den Konstruktionen, wie sie zur Zeit in modernen Zweitaktmotoren angewandt werden. Um den Motor während des Vorverdichtens der Ansaugräume nicht zu bremsen und ein schnelles Überströmen der vorverdichteten Gase zu ermöglichen, müssen Ausströmmembranen und Ausströmkanäle einen möglichst großen Querschnitt auf­ weisen. Ausströmmembranen müssen nur in den Ausströmkanälen solcher Ansaug- bzw. Vorverdichtungsräume angebracht werden, die durch Überströmkanäle miteinander verbunden sind.

Günstig wäre die Anwendung einer Einspritzanlage. Durch die große, für den Spülvorgang zur Verfügung stehende Luftmenge, wird ein Teil der Luft dazu genutzt, die Abgase vollständig aus dem Brennraum zu drücken. Jetzt erst wird Kraftstoff ein­ gespritzt und mit dem restlichen Teil der Luft ein sauberes Kraftstoffluftgemisch gebildet. Dabei gibt es zwar Spülluft­ verluste, aber keine Kraftstoffverluste. Es wird ein hoher Füllungsgrad und ein günstiger Kraftstoffverbrauch erreicht.

Möglich ist auch die Gemischbildung durch Vergaser in nur einem oder zwei der drei für jeden Zylinder zur Verfügung stehenden Ansaug- bzw. Vorverdichtungsräume. Der oder die übrigen Räume verdichten nur Luft vor. Die an diesen oder diese Räume angeschlossenen Überströmkanäle führen direkt in den Ar­ beitsraum des Zylinders. Ihre Mündungen sind höher angeordnet als die der Überströmkanäle des oder der Räume, in denen durch Vergaser Kraftstoffluftgemisch gebildet wird. Durch die damit entstehenden unterschiedlichen Überströmsteuerzeiten der einzelnen Räume wird es möglich, erst nur Luft zum Ausstoß der Abgase zu nutzen, danach erst das Kraftstoffluftgemisch über­ strömen zu lassen. Auch hier gibt es nur Spülluftverluste, aber keine Kraftstoffverluste. Es wird ein hoher Füllungsgrad und ein günstiger Kraftstoffverbrauch erreicht.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kurbelraum haben der obere und mittlere Ansaug- bzw. Vorverdichtungsraum jedes Zylinders eine günstigere Form zum Vorverdichten. Wird nur der obere Raum für die Füllung seines Zylinders oder nur der mittlere Raum für die Füllung des anderen Zylinders genutzt, werden bereits höhere Spüldrücke als durch einen herkömmlichen Kurbelraum erzeugt.

Sollte der mit drei Ansaug- bzw. Vorverdichtungsräumen pro Zylinder erzeugte Spüldruck zu hoch sein, kann man einen oder zwei der Räume pro Zylinder von den angeschlossenen Über­ strömkanälen trennen und in ihrer Funktion neutralisieren.

Die Erfindung wird nachstehend, anhand der schematischen Zeichnung zweier im Axialschnitt dargestellter Ausführungs­ beispiele, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit Kolben in der oberen Totpunktstellung

Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel mit Kolben in der unteren Totpunktstellung

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit zwei gegen­ läufig arbeitenden Kolben.

In Fig. 1 und 2 wird gezeigt, daß mit der Einführung eines speziellen Kolbens 3, 4, 5 und eines Trennteils 6 im Motor während einer Umdrehung der Kurbelwelle 21 drei Räume entstehen. An jeden dieser Räume wird ein Einströmkanal 7, 8, 9 mit Ein­ strömmembran 10, 11, 12 und mindestens ein Ausströmkanal 13, 14, 15 angebracht. Damit entstehen drei Ansaugräume, die gleich­ zeitig auch Vorverdichtungsräume sind. In Fig. 1 wird der obere Raum als a und der untere Raum als c bezeichnet. Der mittlere Raum wird in Fig. 2 als b dargestellt.

Von diesen drei Räumen des Zylinders 1 können zunächst nur Raum a und c für die Füllung dieses Zylinders 1 genutzt werden, da im Raum b eine gegenläufige Ansaugung und Vorverdichtung stattfindet. Deshalb münden auch nur die Ausströmkanäle 13, 14, 15 des Raumes a und c in die Überströmkanäle 19 des Zylinders 1.

Fig. 3 zeigt, wie auch der Raum b genutzt wird, indem neben Zylinder 1 ein weiterer Zylinder 2 mit gegenläufig arbeitenden Kolben 3, 4, 5 angeordnet wird. In dieser Kombination werden alle Ausströmkanäle 14 des Raumes b von Zylinder 1 durch Über­ strömkanäle 19 mit Zylinder 2 verbunden. Ebenso werden alle Ausströmkanäle 14 des Raumes b von Zylinder 2 durch Über­ strömkanäle 19 mit Zylinder 1 verbunden.

Mit diesem System wird gewährleistet, daß der Raum b jedes Zylinders, z. B. Zylinder 1, sein vorverdichtetes Gas zusammen mit dem Gas aus den Räumen a und c des anderen Zylinders, z. B. Zylinder 2, in den Arbeitsraum d des jeweils anderen Zylinders, z. B. Zylinder 2, drückt. Dadurch ist es möglich, die etwa drei­ fache Gasmenge wie bisher in den Arbeitsraum d zu drücken.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind die Überströmkanäle 19 verein­ facht durch einen Kanal dargestellt, es handelt sich jedoch praktisch, wie bei modernen Motoren üblich, um mehrere in den Arbeitsraum d eines Zylinders 1, 2 mündende Kanäle.

Führen alle an einen Raum a, b oder c angeschlossenen Über­ strömkanäle 19 direkt, ohne Verbindung mit Überströmkanälen 19 anderer Räume a, b oder c, in den Arbeitsraum d eines Zylinders 1, 2, können an diesen Raum auch mehrere Ausströmkanäle 13, 14, 15 angebracht sein. Sind jedoch die Überströmkanäle 19 mindestens zweier Räume a, b, c miteinander verbunden, ist an jedem dieser Räume a, b, c nur ein Ausströmkanal 13, 14 oder 15 mit Ausströmmembran 16, 17 oder 18 angebracht. Diese Ausströmmembranen 16, 17, 18 sind erforderlich, damit die durch Überströmkanäle 19 miteinander verbundenen Räume a, b, c sich beim Ansaugen nicht gegenseitig leersaugen.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind außerdem der Auslaßkanal 20 und die Befestigungsstellen 22 des Trennteils 6 dargestellt. Nicht dargestellt sind Zündkerzen, Dichtungen u.ä.

Claims (9)

1. Zweitaktmotor mit einem Zylinder und einem darin beweg­ lichem Kolben, mit dem eine Kurbelwelle verbunden ist und der einen Einströmkanal, mehrere Überströmkanäle und einen Auslaß­ kanal aufweist, wobei sich im Bereich der Kurbelwelle ein An­ saug- bzw. Vorverdichtungsraum und im Bereich des Auslaßkanals ein Arbeitsraum befinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3, 4, 5) aus einem Kolbenoberteil (3), einem Kolben­ unterteil (5) und mindestens einer Verbindungsstange (4), die durch ein Trennteil (6) führt, besteht, daß zwischen dem Kolben­ oberteil (3) und dem Kolbenunterteil (5) das Trennteil (6) fest am Zylinder (1) angeordnet ist, daß die Geometrien der einander zugewandten Seiten des Kolbenoberteils (3) und des Trennteils (6) dieselben sind und daß an beiden Seiten des Trennteils (6) in unmittelbarer Nähe seiner Befestigungsstellen (22) am Zylinder (1, 2) Einströmkanäle (7, 8) und Ausströmkanäle (13, 14) vorgesehen sind, wobei alle Überströmkanäle (19) in die Ausströmkanäle (13, 14) münden.

2. Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenoberteil (3) topfförmig gestaltet ist.

3. Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenunterteil (5) scheibenförmig gestaltet ist und daß an seiner Unterseite das Pleuel der Kurbelwelle (21) gelagert ist.

4. Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Einströmkanal (7, 8, 9) eine Einströmmembran (10, 11, 12) angebracht ist.

5. Zweitaktmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an alle auf einer Höhe liegenden Ausströmkanäle (13, 14, 15) Überströmkanäle (19) angeschlossen sind, die direkt, ohne Verbindung mit anderen Überströmkanälen (19), in den Arbeits­ raum (d) eines Zylinders (1, 2) führen.

6. Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an alle auf gleicher Höhe liegenden Ausströmkanäle (13, 14, 15) Überströmkanäle (19) angeschlossen sind, die direkt, ohne Verbindung mit anderen Überströmkanälen (19), in den Arbeitsraum (d) eines Zylinders (1, 2) führen und daß sich ihre Überströmsteuerzeiten von denen der anderen Überströmkanäle (19) unterscheiden.

7. Zweitaktmotor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ansaug- bzw. Vorverdichtungsraum im Bereich der Kurbel­ welle (c) ein Ausströmkanal (15) mit Ausströmmembran (18) an­ gebracht ist, in den alle an diesen Raum (c) angeschlossenen Überströmkanäle (19) münden.

8. Zweitaktmotor gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (19), die an einen Ausströmkanal (13, 14, 15) angeschlossen sind, mit den Überströmkanälen (19) eines anderen Ausströmkanals (13, 14, 15) verbunden sind, d. h. ein System bilden, wobei in jedem dieser Ausströmkanäle (13, 14, 15) eine Ausströmmembran (16, 17, 18) angebracht ist.

9. Zweitaktmotor gemäß mindestens einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zylinder (1, 2) untereinander verbunden sind, bei denen jeweils alle unmittel­ bar unterhalb des Trennteils (6) befindlichen Ausströmkanäle (14) des einen Zylinders (1 bzw. 2) mit mindestens einem Über­ strömkanal (19) des anderen Zylinders (2 bzw. 1) verbunden sind.